基于ARM的电网参数综合监测仪的研制

针对现代中低压电网电能质量的监测及谐波治理的需要，论文综合运用嵌入式技术、现代信号处理技术、虚拟仪器技术设计了一种新型低功耗、集成化的电网参数监测仪。此系统实现了对三相电网相/线电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电网频率、功率因数以及三相电压、电流的31次以内谐波的实时监测。 论文分析了基于微处理器的电力系统基本参数的测量原理；对被测信号的交流参量通过抽样方法获得，由多点的抽样数据统计得到的结果可以减小随机误差的影响；基于DFT和FFT的谐波测量原理，将FFT应用于谐波分析获得信号的频域参数；针对谐波测量中的混叠误差设计了二阶抗混叠滤波器；分析了非同步采样和对非时限信号的截断造成的频谱泄露和栅栏效应及其对谐波测量精度的影响。讨论了常用的几种窗函数对频谱泄漏的抑制作用，在此基础上选择加海明窗对采样信号进行处理；针对DDS具有高精度频率合成的特点，将其应用到电网信号的采样上，提高了采样的同步性，使得测量精度满足了系统的要求。上述方法需要大量快速的迭代运算，系统微处理器选用了32位ARM芯片LPC2132，提高了系统的数据处理能力和实时性。系统供电电源采用了开关电源、减小了体积，提高了效率；完成了下位机数据采集部分、二阶抗混叠滤波器、测频电路及通信模块电路的设计；最后介绍了软件设计部分，主要包含了数据采集的实现过程，FFT程序的设计，给出了各部分程序的流程图；系统上位机软件设计了电网数据处理程序，该软件以LabWindows/CVI6.0为开发平台，利用CVI丰富的库函数，完成对数据的处理、显示和记录等工作，并采用双线程运行模式，在数据采集和处理的同时完成了显示、命令的发送和运行曲线等功能。 按上述方案设计的样机经过三次电路制作与软件调试，主要技术参数达到了设计要求，通过了实验室测试，目前正在电力系统谐波治理系统中进行工业实验。